Esploristoj de la Nacia Laboratorio Argonne de la Usona Departemento de Energio (DOE) havas longan historion de pioniraj malkovroj en la kampo de litiojonaj baterioj. Multaj el tiuj rezultoj estas por la bateriokatodo, nomita NMC, nikela mangano kaj kobalta rusto. Baterio kun ĉi tiu katodo nun funkciigas la Chevrolet Bolt.
Argonne-esploristoj atingis alian sukceson en NMC-katodoj. La nova eta katoda partiklostrukturo de la teamo povus igi la kuirilaron pli daŭrema kaj pli sekura, kapabla funkcii ĉe tre altaj tensioj kaj disponigi pli longajn vojaĝdistancojn.
"Ni nun havas gvidadon, kiun fabrikantoj de kuirilaroj povas uzi por fari altpremajn, senlimajn katodajn materialojn," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Ekzistantaj NMC-katodoj prezentas gravan obstaklon por alttensia laboro," diris asistanta kemiisto Guiliang Xu. Kun ŝarĝ-malŝarĝa biciklado, rendimento falas rapide pro la formado de fendetoj en la katodaj partikloj. Dum jardekoj, esploristoj pri baterioj serĉis manierojn ripari ĉi tiujn fendojn.
Unu metodo en la pasinteco uzis etajn sferajn partiklojn kunmetitajn de multaj multe pli malgrandaj partikloj. Grandaj sferaj partikloj estas polikristalaj, kun kristalaj domajnoj de diversaj orientiĝoj. Kiel rezulto, ili havas tion, kion sciencistoj nomas grenlimoj inter partikloj, kiuj povas kaŭzi ke la kuirilaro kraki dum ciklo. Por malhelpi tion, la kolegoj de Xu kaj Argonne antaŭe evoluigis protektan polimeran tegaĵon ĉirkaŭ ĉiu partiklo. Tiu tegaĵo ĉirkaŭas grandajn sferajn partiklojn kaj pli malgrandajn partiklojn ene de ili.
Alia maniero eviti ĉi tiun specon de krakado estas uzi unukristalajn partiklojn. Elektronmikroskopio de tiuj partikloj montris ke ili havas neniujn limojn.
La problemo por la teamo estis ke katodoj faritaj el tegitaj polikristaloj kaj unukristaloj daŭre fendetiĝis dum biciklado. Tial ili faris ampleksan analizon de ĉi tiuj katodaj materialoj ĉe la Advanced Photon Source (APS) kaj Centro por Nanomaterialoj (CNM) ĉe la Argonne Science Center de la Usona Departemento de Energio.
Diversaj rentgenanalizoj estis faritaj sur kvin APS-brakoj (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C kaj 34-ID-E). Montriĝas, ke tio, kion sciencistoj opiniis, ke estas ununura kristalo, kiel montrite per elektrona kaj rentgena mikroskopio, fakte havis limon interne. Skanado kaj dissenda elektrona mikroskopio de CNMoj konfirmis tiun konkludon.
"Kiam ni rigardis la surfacan morfologion de ĉi tiuj partikloj, ili aspektis kiel unukristaloj," diris fizikisto Wenjun Liu. â�<“但是，当我们在APS 使用一种称为同步加速器X 射线衍射显微镜的技术术戥加速器X发现边界隐藏在内部。” â� <“但是 ， 当 在 在 使用 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 微镜 的 微镜 的 微镜 的 抶 朗 抶 朗 同步 加速器们 发现 边界 隐藏 在。”"Tamen, kiam ni uzis teknikon nomitan sinkrotrona Rentgenfota difrakta mikroskopio kaj aliajn teknikojn ĉe APS, ni trovis, ke la limoj estis kaŝitaj interne."
Grave, la teamo evoluigis metodon por produkti ununurajn kristalojn sen limoj. Testi malgrandajn ĉelojn kun tiu unu-kristala katodo ĉe tre altaj tensioj montris 25% pliiĝon en energistokado per unuovolumeno kun preskaŭ neniu perdo en efikeco pli ol 100 testcikloj. En kontrasto, NMC-katodoj kunmetitaj de multi-interfacaj ununuraj kristaloj aŭ kovritaj polikristaloj montris kapacitfalon de 60% ĝis 88% dum la sama vivdaŭro.
Atomskalaj kalkuloj rivelas la mekanismon de katoda kapacitancredukto. Laŭ Maria Chang, nanosciencisto ĉe CNM, limoj pli verŝajne perdos oksigenatomojn kiam la baterio estas ŝargita ol areoj pli for de ili. Ĉi tiu perdo de oksigeno kondukas al degenero de la ĉela ciklo.
"Niaj kalkuloj montras kiel la limo povas konduki al oksigeno liberigita ĉe alta premo, kio povas konduki al reduktita rendimento," diris Chan.
Forigi la limon malhelpas oksigenevolucion, tiel plibonigante la sekurecon kaj ciklan stabilecon de la katodo. Oksigenevoluaj mezuradoj kun APS kaj altnivela lumfonto ĉe la Nacia Laboratorio Lawrence Berkeley de la Usona Departemento de Energio konfirmas ĉi tiun konkludon.
"Nun ni havas gvidliniojn, kiujn fabrikantoj de kuirilaroj povas uzi por fari katodajn materialojn, kiuj ne havas limojn kaj funkcias ĉe alta premo," diris Khalil Amin, Emerito de Argonne. â�<“该指南应适用于NMC 以外的其他正极材料。” â�<“该指南应适用于NMC 以外的其他正极材料。”"Gvidlinioj devus validi por katodaj materialoj krom NMC."
Artikolo pri ĉi tiu studo aperis en la revuo Nature Energy. Krom Xu, Amin, Liu kaj Chang, la Argonne-aŭtoroj estas Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Inhui Hwang, Chengjun Sun, Tao Zhou, Ming Du, kaj Zonghai Chen. Sciencistoj de la Lawrence Berkeley National Laboratory (Wanli Yang, Qingtian Li, kaj Zengqing Zhuo), Xiamen University (Jing-Jing Fan , Ling Huang kaj Shi-Gang Sun) kaj Tsinghua University (Dongsheng Ren, Xuning Feng kaj Mingao Ouyang).
Pri la Argonne-Centro por Nanomaterialoj La Centro por Nanomaterialoj, unu el kvin usonaj nanoteknologiaj esplorcentroj, estas la ĉefa nacia uzanta institucio por interfaka nanoskala esplorado subtenata de la Oficejo de Scienco de la Usona Departemento de Energio. Kune, NSRCoj formas aron de komplementaj instalaĵoj, kiuj provizas esploristojn per pintnivelaj kapabloj por fabriki, prilabori, karakterizi kaj modeligi nanoskalajn materialojn kaj reprezentas la plej grandan infrastrukturinveston sub la Nacia Nanoteknologio-Iniciato. La NSRC situas ĉe la Usona Sekcio de Energio Naciaj Laboratorioj en Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, kaj Los Alamos. Por pliaj informoj pri la NSRC DOE, vizitu https://​science​.osti​.gov/​Us​er​-​F​a​c​i​lit​​​​​ie​s​/ ​Us​ er​-F​a​c​i​l​it​ie​s​-at​-a​​Glance.
La Advanced Photon Source (APS) de la Usona Departemento de Energio ĉe Argonne Nacia Laboratorio estas unu el la plej produktivaj rentgenfontoj en la mondo. APS disponigas altintensajn Rentgenradiojn al diversa esplorkomunumo en materiala scienco, kemio, densigita materiofiziko, vivo kaj mediaj sciencoj, kaj aplikata esplorado. Ĉi tiuj ikso-radioj estas idealaj por studi materialojn kaj biologiajn strukturojn, la distribuadon de elementoj, kemiajn, magnetajn kaj elektronikajn statojn, kaj teknike gravajn inĝenierajn sistemojn ĉiaspecajn, de kuirilaroj ĝis fuelaj injekciiloj, kiuj estas esencaj por nia nacia ekonomio, teknologio. . kaj korpo La bazo de sano. Ĉiun jaron, pli ol 5,000 esploristoj uzas APS por publikigi pli ol 2,000 publikaĵojn detaligantajn gravajn eltrovaĵojn kaj solvante pli gravajn biologiajn proteinstrukturojn ol uzantoj de iu alia Rentgenfota esplorcentro. APS-sciencistoj kaj inĝenieroj efektivigas novigajn teknologiojn, kiuj estas la bazo por plibonigi la agadon de akceliloj kaj lumfontoj. Ĉi tio inkluzivas enigajn aparatojn, kiuj produktas ekstreme brilajn Rentgenradiojn aprezitajn de esploristoj, lensojn, kiuj fokusigas Rentgenradiojn ĝis kelkaj nanometroj, instrumentojn kiuj maksimumigas la manieron kiel Rentgenradioj interagas kun la specimeno studata, kaj la kolekton kaj administradon de APS-eltrovaĵoj. Esplorado generas grandegajn datumvolumojn.
Ĉi tiu studo uzis rimedojn de Advanced Photon Source, usona Sekcio de Energio-Oficejo de Scienca Uzantcentro funkciigita de Argonne Nacia Laboratorio por la Usona Sekcio de Energioficejo de Scienco sub kontraktnumero DE-AC02-06CH11357.
La Argonne Nacia Laboratorio strebas solvi la urĝajn problemojn de hejma scienco kaj teknologio. Kiel la unua nacia laboratorio en Usono, Argonne faras avangardan bazan kaj aplikatan esploradon en preskaŭ ĉiu scienca disciplino. Argonne-esploristoj laboras proksime kun esploristoj de centoj da kompanioj, universitatoj kaj federaciaj, ŝtataj kaj municipaj agentejoj por helpi ilin solvi specifajn problemojn, progresigi usonan sciencan gvidadon kaj prepari la nacion por pli bona estonteco. Argonne dungas dungitojn de pli ol 60 landoj kaj estas funkciigita fare de UChicago Argonne, LLC de la Oficejo de Scienco de la US Department of Energy.
La Oficejo de Scienco de la Usona Departemento de Energio estas la plej granda propagandanto de la nacio de baza esplorado en la fizikaj sciencoj, laborante por trakti kelkajn el la plej urĝaj aferoj de nia tempo. Por pliaj informoj, vizitu https://​energy​.gov/​science​ience.